地鐵盾構(gòu)管片滲漏水的施工控制研究

郝文海

（北京地鐵工程管理有限公司，北京 100079）

1 引言

盾構(gòu)管片滲漏水是地鐵盾構(gòu)隧道施工期間較為常見的一種質(zhì)量問題。通過對盾構(gòu)管片滲漏水進(jìn)行施工控制，能夠讓地鐵盾構(gòu)施工得以更好地完成，避免因為盾構(gòu)管片滲漏水等問題影響地鐵工程施工效率。因此，有必要對地鐵盾構(gòu)管片滲漏水控制進(jìn)行研究。

2 地鐵盾構(gòu)分析

地鐵盾構(gòu)是隧道施工的重要方式，能夠在地下利用盾構(gòu)機來實現(xiàn)隧洞暗挖。盾構(gòu)機在地下掘進(jìn)時，可以在保證開挖面穩(wěn)定性的同時完成開挖與襯砌。在盾構(gòu)施工期間，需要專門在隧洞中進(jìn)行基坑、豎井開挖，然后再將地鐵盾構(gòu)機吊入地底，沿著墻壁開孔位置進(jìn)行掘進(jìn)。盾構(gòu)管片屬于地鐵盾構(gòu)施工中的重要裝配組件，可以看作地鐵隧道的一種內(nèi)層防護(hù)屏障，能夠在施工掘進(jìn)過程中承受土層、地下水等因素帶來的荷載。作為永久襯砌結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)管片的質(zhì)量將會直接決定隧道質(zhì)量與安全性，通過加強對地鐵盾構(gòu)管片的滲漏水施工控制，能夠讓盾構(gòu)管片發(fā)揮出應(yīng)有的價值。

3 地鐵盾構(gòu)區(qū)間的項目工程分析

3.1 工程概況

本工程共1 個區(qū)間，即天通苑東站—未來科技城盾構(gòu)井(不含)區(qū)間，線路從天通苑東站沿北苑東路向北敷設(shè)，下穿燕丹鎮(zhèn)小道后沿水源九廠路西側(cè)向北敷設(shè)到達(dá)未來科技城天未區(qū)間盾構(gòu)井處。區(qū)間全長5 km：左線5 025.363 m+右線5 018.639 m（礦山法247 m+盾構(gòu)法9 569.2 m+明挖法2×113.9 m），含1 條單渡線、2 座區(qū)間風(fēng)井、2 座施工豎井、6 個獨立聯(lián)絡(luò)通道。區(qū)間線路最大縱坡為17‰，最小平面曲線半徑為800 m。區(qū)間主體采用盾構(gòu)法施工，風(fēng)井及豎井采用明挖法施工，聯(lián)絡(luò)通道采用暗挖臺階法施工，出入段線接口配線區(qū)采用明挖法，單渡線段隧道采用暗挖雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和CRD 法施工。

3.2 地層概況

本標(biāo)段地層由地面下至55 m 深度范圍內(nèi)地層以黏性土、粉土及砂土層為主，分布有連續(xù)的卵礫石層。

粉質(zhì)黏土:可塑，中高壓縮性，性質(zhì)較好；

砂質(zhì)黏質(zhì)粉土:稍濕，密實，含云母，少量有機質(zhì)；

中粗砂:飽和，密實，低壓縮性，含云母、氧化鐵；

粉細(xì)砂:飽和、密實，低壓縮性，含云母、氧化鐵，少量有機質(zhì)，局部加粗砂；

卵石:飽和，密實，屬低壓縮性土，最大顆粒徑不小于110 mm，一般粒徑50～100 mm，亞圓形，粒徑大于20 mm 顆粒約占總質(zhì)量的80%，中粗砂填充。

北京地區(qū)地處中緯度歐亞大陸東側(cè)，氣候為典型的北溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。近10 年平均氣溫為12.5～13.7 ℃。全年無霜期180～200 d，西部山區(qū)較短。降水季節(jié)分配很不均勻，全年降水的80%集中在夏季6、7、8 這3 個月，7 月、8 月有大雨。北京市凍結(jié)線深度為0.8 m。

4 地鐵盾構(gòu)管片滲漏水施工控制分析

4.1 盾構(gòu)管片滲漏原因

在地鐵盾構(gòu)工程中，通過施工控制發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)管片存在環(huán)縫、縱縫滲漏以及螺栓、吊裝孔滲漏等多種形式。結(jié)合地鐵盾構(gòu)現(xiàn)場記錄進(jìn)行觀察總結(jié)，可以推論出管片滲漏的主要原因大致如下：（1）管片質(zhì)量缺陷。因為管片生產(chǎn)問題而出現(xiàn)的性能質(zhì)量缺陷，在生產(chǎn)管片期間，若密封溝槽的混凝土存在氣泡，就會在管片拼裝結(jié)束后導(dǎo)致地下水繞過密封墊，并從氣泡留下的孔洞滲漏出來。（2）止水條脫落。管片若在拼裝期間出現(xiàn)碰撞問題，就容易造成止水條脫落、斷裂等問題。止水條缺陷將會導(dǎo)致密封墊無法發(fā)揮出應(yīng)有的防水能力。（3）盾構(gòu)管片注漿缺陷。在盾構(gòu)管片襯背注漿時，若管片密封條貼合位置松動，就容易在管片頂端出現(xiàn)積水的情況，此時，密封墊壓實薄弱的位置就容易出現(xiàn)地下水滲漏。（4）掘進(jìn)推力不均勻。在地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)時，若掘進(jìn)推力不均勻，就會導(dǎo)致盾構(gòu)管片出現(xiàn)受力異常情況，嚴(yán)重時將會導(dǎo)致管片裂紋、斷裂問題的發(fā)生。而在掘進(jìn)困難時，過大的推力同樣會導(dǎo)致管片產(chǎn)生裂紋并出現(xiàn)水滲漏的情況。（5）前進(jìn)反力較弱。地鐵盾構(gòu)期間如出現(xiàn)反力不足的情況，就將會導(dǎo)致盾構(gòu)管片接縫受到影響，接縫密封性下降將會導(dǎo)致管片滲漏的情況發(fā)生。反力不足問題通常會在始發(fā)、到達(dá)掘進(jìn)的階段，在盾構(gòu)機正面土壓力較小時，前方提供的阻力就會大幅下降，當(dāng)前方反力止水條無法滿足盾構(gòu)機所需壓力時，就有可能因為反力不足而影響止水膠條的密封性，進(jìn)而出現(xiàn)盾構(gòu)管片滲漏水的情況。

4.2 盾構(gòu)管片滲漏施工控制對策

4.2.1 同步注漿施工控制

在漿液性能控制期間，要確保漿液填充性、初凝時間、漿液稠度等參數(shù)滿足地鐵盾構(gòu)需求，只有這樣才能夠讓隧道管片與圍巖共同組成具有一體性的構(gòu)造物。為了保證注漿效果，盾構(gòu)襯背的漿液配比需要專門開展動態(tài)管理，結(jié)合盾構(gòu)期間的水質(zhì)、地質(zhì)、埋深等因素來完成對漿液性能的適當(dāng)調(diào)整。合理調(diào)整漿液配比能夠完成對地表沉降、管片穩(wěn)定、防水能力的控制。在同步注漿期間，應(yīng)該注意合理控制注漿時的壓力、速度等參數(shù)。在該地鐵工程項目中，管片在試驗段探索出的最佳參數(shù)為0.2～0.3 MPa。與此同時，注漿期間還需要參考地下水壓力、盾構(gòu)管片強度等參數(shù)，若設(shè)定值存在異常，則有可能導(dǎo)致盾構(gòu)管片損壞的情況發(fā)生，此時漿液會出現(xiàn)外溢的情況。在地鐵盾構(gòu)機推進(jìn)的過程中，應(yīng)該及時進(jìn)行背后注漿作業(yè)，諸如要保證實現(xiàn)盾尾間隙全填充。由于背后注漿會受到土體滲透、超挖等因素所帶來的影響，所以在確定注入量時，需要利用試驗段來開展?jié){液注入試驗，然后通過壓力、注漿量的雙重控制指標(biāo)來進(jìn)行多重控制，避免出現(xiàn)注漿異常的情況發(fā)生。除此之外，在同步注漿施工中，還需要針對生產(chǎn)、驗收、入場等環(huán)節(jié)進(jìn)行材料質(zhì)量管理，避免劣質(zhì)材料混入施工現(xiàn)場。在盾構(gòu)管片同步注漿施工之前，應(yīng)該注意針對同步注漿施工人員進(jìn)行全面交底，監(jiān)理人員則需要通過對所有施工環(huán)節(jié)進(jìn)行精細(xì)化操作控制，以此來防止施工質(zhì)量問題的發(fā)生。若在監(jiān)理期間發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，則要在問題確認(rèn)之后及時對材料進(jìn)行更換處理，以此來保證盾構(gòu)管片，滿足地鐵隧道的防水要求[1]。

4.2.2 地鐵盾構(gòu)機施工控制

在地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，線形管理就是通過測量系統(tǒng)來掌握盾構(gòu)機的位置、姿態(tài)信息，然后通過將信息與設(shè)計軸線相對比，以此來找出盾構(gòu)機在運行期間的偏差值，通過動態(tài)調(diào)整的方式來讓盾構(gòu)前進(jìn)曲線盡量迎合設(shè)計軸線。盾構(gòu)管片的結(jié)構(gòu)特征決定管片安裝時存在慣性，若盾構(gòu)掘進(jìn)軌跡曲度過大，就會在監(jiān)理過程中發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)尾部軌跡與盾構(gòu)管片軌跡相交，這樣有可能導(dǎo)致管片難以正常安裝，此時便只能夠通過放松管片螺栓、添加墊片的方式來進(jìn)行糾偏處理。需要注意的是，糾偏調(diào)整時要注意對糾偏量進(jìn)行控制，避免因為一次糾偏過多而影響到地鐵盾構(gòu)工作的正常運行[2]。掘進(jìn)參數(shù)作為控制盾構(gòu)線路的核心，需要加強盾構(gòu)掘進(jìn)推力控制，通過控制推進(jìn)千斤頂來保證盾構(gòu)作業(yè)質(zhì)量，避免盾構(gòu)作業(yè)影響到盾構(gòu)管片質(zhì)量，進(jìn)而出現(xiàn)滲漏水問題。盾構(gòu)機如圖1 所示。

圖1 盾構(gòu)機

4.2.3 盾構(gòu)管片拼接施工控制

在盾構(gòu)管片拼接之前，監(jiān)理人員需要監(jiān)督施工人員針對盾尾雜物進(jìn)行處理，如果在處理期間發(fā)現(xiàn)滲漏水的情況，就需要通過補充盾尾油脂來進(jìn)行止水，只有在無雜物且無積水的情況下才可以正常開展盾構(gòu)管片安裝。拼裝期間要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范來開展拼裝處理，監(jiān)理人員要從施工細(xì)節(jié)著手，以此來控制拼裝效果，避免施工人員為提高效率而出現(xiàn)不規(guī)范拼裝。在升降千斤頂?shù)跞攵軜?gòu)管片后，需要利用滑動、支護(hù)千斤頂來校正盾構(gòu)管片位置。在開展拼裝施工時，應(yīng)該注意遵循由下往上的施工順序，在利用拼裝設(shè)備時，遙控裝置在操作時不能使用高速按鍵進(jìn)行作業(yè)，還應(yīng)該針對按鍵力度、時間進(jìn)行管控，避免因為操作速度過快而出現(xiàn)管片撞擊的情況。在封頂作業(yè)開始前，要針對止水條進(jìn)行潤滑處理。盾構(gòu)管片拼裝全程都應(yīng)該滿足設(shè)計要求，通過嚴(yán)格控制拼裝全流程來保證拼接質(zhì)量。

若在施工階段發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)管片存在上浮、側(cè)移的情況，則應(yīng)該注意加強注漿管理，并在同步注漿中對注漿壓力、速度等參數(shù)進(jìn)行控制，適當(dāng)利用二次補漿能夠促使?jié){液實現(xiàn)對管片、土體間隙的填充。在管片上浮、側(cè)移后，可以通過管片吊裝孔來補漿填充管片間隙。為了防止此類問題的發(fā)生，可以在盾構(gòu)管片脫離盾尾后，通過針對下部漿液開展注水沖刷，并在上部加入具有速凝劑的漿液來進(jìn)行盾構(gòu)管片糾偏。

4.3 地鐵盾構(gòu)管片堵漏施工控制

4.3.1 二次補漿

二次補漿能夠有效解決管片漏水問題。在補漿期間，要優(yōu)先利用單液漿來進(jìn)行控制，并將壓力控制在合理范圍內(nèi)，注漿量則要以可以順利注漿為基準(zhǔn)，若在觀察效果時發(fā)現(xiàn)堵漏效果不佳，則可以通過更換雙液漿并提高壓力來進(jìn)行補漿。通過這種方式，能夠提高補漿質(zhì)量，并且能夠更加有效地防滲漏，改善監(jiān)理效果。

4.3.2 環(huán)縱縫堵漏處理

若二次補漿無法解決環(huán)縱縫漏水問題，就需要用高強度砂漿對環(huán)向、縱向縫進(jìn)行封閉處理，在環(huán)縱縫到止水條處的垂直鉆孔完成后，便可以通過注漿嘴進(jìn)行灌漿，灌漿能夠在發(fā)揮堵漏效果的同時起到防腐的作用。在地鐵項目中，通過嚴(yán)格落實施工控制，能夠保證盾構(gòu)施工的順利完成，在提高盾構(gòu)施工質(zhì)量的同時避免滲漏水問題的發(fā)生。

5 結(jié)語

總而言之，地鐵盾構(gòu)管片滲漏水對地鐵整體結(jié)構(gòu)安全的直接影響并不大，滲漏水問題不會直接造成嚴(yán)重的事故問題。但即便如此，滲漏水問題同樣會潛移默化地影響地鐵使用壽命。相信隨著更多人了解到地鐵盾構(gòu)管片滲漏水問題的影響，滲漏水監(jiān)理控制一定會變得更好。